操作系统第一次课程.pptVIP

操作系统 主讲教师：樊凯 E-mail：triumphfan@126.com 计算机科学与技术系 联系方式 本人邮箱：tirumphfan@126.com 本人电话公共邮箱：cs_os06@126.com 密码：123456 课程说明 1. 教学目的 了解操作系统的发展历史 掌握操作系统的基本概念 对操作系统有一个系统的认识 课程说明（Cont.） 2. 教学方式 基本课堂讲授 5～10次作业 课后实验 期中测试 课程说明（Cont.） 3. 考核方式 平时成绩，25分（5～10次作业+考勤） 期中测验|实验|期中报告，25分 期末考试50分（闭卷） 成绩计算方式：正态分布 教学内容 第一讲：操作系统的硬件环境 内容提要 主要讨论操作系统对运行硬件环境的要求 操作系统运行的硬件环境组成 中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 I/O系统 时钟以及时钟队列 概述 任何系统软件都是硬件功能的延伸 操作系统直接依赖于硬件条件 OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合 实现操作系统时必须理解的计算机基本结构、操作系统管理的重要资源 一、BIOS（基本输入输出系统） BIOS（基本输入输出系统）概览 1、打开电源 2、CPU将控制权交给BIOS 3、BIOS运行一个程序：通电自测试程序 4、BIOS确认所有外部设备：硬盘或扩充卡 5、BIOS确定主引导程序或初始程序加载（IPL）设备的位置 6、BIOS建立系统资源表 7、选择并启用初始输入设备（键盘）和输出设备（显示器）。BIOS在上次成功启动时俘获这些设置，并存储到NVR中 8、有哪些信誉好的足球投注网站非PnP设备，如外部设备互连（PCI）总线，并将这些设备的ROM的数据添加到资源表中 9、BIOS解决设备冲突，并配置选择的引导设备 10、通过用适当参数呼叫PnP设备的任选ROM来启动这些设备 11、启动引导装入程序 12、IPL设备将操作系统装到存储器中 13、BIOS将控制权交给操作系统，操作系统可以进行其他资源的分配 二、中央处理器（CPU） 1、中央处理器（CPU） 专门设计了一系列基本机制： 具有特权级别的处理器状态，能在不同特权级运行的各种特权指令。 硬件机制使得OS可以和普通程序隔离实现保护和控制 单机与多处理器系统 如果一个计算机系统只有一个处理器，称之为单机系统 如果有多个处理器称之为多处理器系统 指令系统 早期的微处理器，指令系统的功能相对来说比较弱。 当代的微处理器，结构非常复杂 CPU的构成与基本工作方式 处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成 运算器实现指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心 控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等 寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备，在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度 高速缓存处于CPU和物理内存之间，一般由控制器中的内存管理单元（MMU：Memory Management Unit）管理，访问速度快于内存，低于寄存器 利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配，从而提高CPU的效率 处理器中的寄存器 寄存器提供了一定的存储能力 速度比主存储器快得多 但是造价高，容量一般都很小 两类寄存器： 用户可见寄存器，高级语言编译器通过算法分配并使用之，以减少程序访问主存次数 控制和状态寄存器，用于控制处理器的操作，由OS的特权代码使用, 以控制其它程序的执行 用户可见寄存器 机器语言直接引用 包括数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器 数据寄存器（data register）又称通用寄存器 主要用于各种算术逻辑指令和访存指令 地址寄存器（address register）用于存储数据及指令的物理地址、线性地址或者有效地址，用于某种特定方式的寻址。如索引寄存器index register、段指针segment pointer、栈指针stack pointer 条件码寄存器保存CPU操作结果的各种标记位 如算术运算产生的溢出、符号等等 控制和状态寄存器 用于控制处理器的操作 大部分对于用户是不可见的 一部分可以在某种特权模式（由OS使用）下访问 常见的控制和状态寄存器: 程序计数器（PC：Program Counter），记录将要取出的指令的地址 指令寄存器（IR：Instruction Register），包含最近取出的指令 程序状态字（PSW：Program Status Word），记录处理器的运行模式信息等等 指令执行的基本过程-1 两个步骤： 先从存储器中每次读取一条指令 然后执行这条指令 一个单条指令处理过程称为一个指令周期 程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成 仅当